ANALISA RANGKA BAJA PADA HANGGAR MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD DENGAN APLIKASI SAP (STRUCTURE ANALYSIS

PROGRAM)

STEEL TRUSS AT HANGGAR ANALYSIS BASED ON FINITE ELEMENT METHOD WITH SAP APLICATION (STRUCTURE ANALYSIS PROGRAM)

Rudy Djamaluddin, Achmad Bakri Muhiddin, Andi Ilham M. Nugrawan

Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar

Alamat Korespondensi

Andi Ilham M. Nugrawan

Fakultas Teknik Jurusan Sipil

Universitas Hasanuddin Makassar, 90245

Hp : 085340838182

Email :andimadda91@gmail.com

ANALISA RANGKA BAJA PADA HANGGAR MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD DENGAN APLIKASI SAP (STRUCTURE ANALYSIS

PROGRAM) STEL TRUSS AT HANGGAR ANALYSIS WITH FINITE ELEMNT METHOD BASED

ON FINITE ELEMENT ANALYSIS WITH SAP APLICATION (STRUCTURE ANALYSIS PROGRAM)

, Rudy Djamaluddin1, Achmad Bakri Muhiddin1, Andi Ilham M. Nugrawan2

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis peranan batang skur pada struktur rangka baja hangar. Data diambil melalui

sebuah studi kasus hangar yang telah roboh sebagai sebuah pendekatan tinjauan hubungan perilaku batang skur dengan

berbagai jenis model dan tumpuan di salah satu bentangnya dengan bentang 90 meter dan tinggi sekitar 18 meter. Studi

kasus ini merupakan studi lapangan pada sebuah struktur yakni Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar Udara Sultan

Hasanuddin yang rubuh pada hari Minggu, 9 Maret 2015. Gedung Hanggar merupakan sebuah struktur terbuka dengan

komponen strukturnya adalah struktur rangka baja yang didudukkan pada kolom beton. Penelitian ini diutamakan pada

mencari besarnya kekuatan struktur hanggar berbagai model dalam kapasitasnya menahan beban luar secara analisis

dengan Metode Elemen Hingga (MEH), menggunakan Aplikasi SAP (Structure Analysis Program).

Kata Kunci : Rangka Baja, Batang Skur, Metode Elemen Hingga (MEH), SAP

ABSTRACT

This research is intended to analyze braching frame role in steel truss structure of hangar. The data were collected through

a case study of hangar that has collapsed as an approach to the description of the relationship with the model type and

pedestal in one of the spans with a span of 90 meters and a height about 18 meters. This case study is a field study on a

structure of the Hasanuddin Sultan's Calibration Hanggar Hall which collapsed on Sunday, March 9, 2015. The Hanggar

Building is an open structure with its structural components, a steel frame structure mounted on a concrete column. This

research is prioritized to find out the structural strength of various models in its capacity to withstand external load with

Finite Elements Method (FEM), using the SAP (Structure Analysis Program) Application.

Key Words: Steel Truss, Braching Frame, Finite Element Method (FEM), SAP

1 Dosen, Jurusan Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar 90245, INDONESIA 2 Mahasiswa, Jurusan Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar 90245, INDONESIA

PENDAHULUAN

Bangunan hanggar merupakan bangunan

yang digunakan untuk mewadahi kegiatan

perawatan dan pemeliharaan pesawat terbang.

Namun, terdapat beberapa permasalahan yang

disebabkan beberapa hal sehingga pembangunan

hanggar pada Bandara Internasional Sultan

Hasanuddin di Makassar gagal karena roboh di

tengah-tengah pembangunan. Proses

pembangunan telah sampai pada pembangunan

rangka struktur, yaitu kuda-kuda yang dipasang di

atas dua kolom persegi.

Perancangan atap dengan menggunakan

kuda-kuda cukup digemari karena perbandingan

keringanan pada beban yang bisa ditahan kuda-

kuda dan tidak membutuhkan banyak perawatan

setelah penginstalan. Kuda-kuda mempunyai ciri

khas memiliki batang-batang lurus yang saling

menyambung pada sendi, yang biasanya

dinamakan sebagai titik buhul. Kuda-kuda

biasanya terdiri dari bagan-bagan segitiga karena

kestabilan struktur bentuknya. Segitiga adalah

geometri tersimple yang tidak akan berubah

bentuk ketika panjang sisi-sisinya dibetulkan.

Sebagai perbandingan, kedua sudut dan panjang

dari figur segi empat harus diubah bersama-sama

agar figur tersebut tetap segi empat.

Awal dari semua bangunan bagaimanapun

ukurannya, adalah perencanaan. Salah satunya

adalah perencanaan struktur. Perencanaan

struktur dimulai dari perhitungan beban yang

bekerja hingga pemilihan material yang cocok

digunakan untuk pembangunan tersebut.

Perhitungan beban ada banyak metode. Dari yang

paling simpel, Metode Statika. Ilmu yang

bergantung dengan 3 persamaan kesetimbangan.

Hingga metode rumit seperti Metode Elemen

Hingga (Finite Element Method). Metode yang

membagi materi yang terbebani menjadi

beberapa elemen-elemen yang akan dihitung

berkesinambungan. Pemilihan material yang

sesuai juga memiliki metode tertentu dalam

prosesnya. Seperti desain profil beton, panjang

bentang, luas tulangan hingga kontrol lentur dan

kontrol tekuk.

Proses perencanaan ini berkembang dari

zaman ke zaman. Mulai dimana semua hanya

bergantung pada perhitungan di atas kertas dan

memakan waktu, sekarang bisa diselesaikan

dengan proses perhitungan komputer melalui

aplikasi-aplikasi yang dikembangkan. Seperti

―Structure Analysis Program‖ atau disingkat SAP.

SAP adalah aplikasi analisis struktur yang

telah berkembang sejak 30 tahun yang lalu. SAP

adalah aplikasi yang didesain untuk keperluan

pekerjaan teknik pada permodelan jalan,

jembatan, bangunan, rumah dan masih banyak

kemungkinan lainnya seperti yang akan penulis

analisa pada kesempatan kali ini yaitu hanggar.

Aplikasi ini menggunakan Metode Elemen

Hingga sebagai dasar algoritma perhitungannya.

Metode Elemen Hingga adalah salah satu

metode numerik yang paling banyak dipakai di

dunia engineering dan diajarkan di dunia. Metode

ini berusaha memecahkan persamaan dengan

variable yang melebihi persamaan yang tersedia

(partial differencial equations) dan persamaan

integrasi lainnya yang dihasilkan diskritisasi

benda kontinum. Meski berupa pendekatan,

metode ini terkenal cukup ampuh memecahkan

struktur-struktur yang kompleks dalam analisis

mekanika benda padat. Biasanya matematikawan

mencari closed form dalam setiap perhitungan.

Hanya saja karena sudah mentok, maka metode

pendekatan dengan memanfaatkan metode

numerik inipun dikembangkan.

TINJAUAN PUSTAKA

Hanggar Menurut UFC 4-211-01N 25,

Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar Udara

Sultan Hasanuddin termasuk Hanggar Tipe III.

Didesain untuk pesawat besar transport, dengan

lebar 90 m dan kedalaman 45 m. Sementara atap

hanggar menggunakan lapisan fisnishing blue

scope, lapisan aluminium foil dan listplank ACP.

Rangkanya menggunakan rangka kuda-kuda yang

batang—batangnya terdiri dari baja dan besi yang

disupport batang skur, kemudian diteruskan kolom

beton persegi biasa ukuran 90x180 cm, lalu beban

diteruskan ke tanah dengan pondasi dangkal

cycloop ke tanah sedalam 3,25 m.

Pada kesempatan ini, kondisi hanggar yang

akan dianalisa yaitu saat pembangunan hanggar

sebelum properti atap dipasang, atau saat kuda-

kuda rangka baja selesai dipasang.

Baja adalah material campuran besi dan pada

umumnya karbon. Mutu dari baja dipengaruhi oleh

campuran tersebut. Baja yang akan digunakan

dalam struktur dapat diklasifikasikan menjadi baja

karbon, baja paduan rendah mutu tinggi dan baja

paduan.

Dalam perencanaan struktur baja, SNI 03-

1729-2002 mengambil beberapa sifat-sifat

mekanik dari material baja yang sama, yaitu:

Modulus Elastisitas, E = 200.000 Mpa

Modulus Geser, G = 80.000 Mpa

Angka Poisson = 0,30

Koefisien muai panjang, α = 12 x /°C

Sedangkan berdasarkan tegangan leleh dan

putusnya, SNI 03-1729-2002 mengklasifikasikan

mutu dari material baja menjadi 5 kelas mutu

sebagai berikut :

Tabel 2.1 Tabel Mutu Baja

Setiap beban yang ditahan oleh batang-batang

pada tiap kuda-kuda berbeda. Sehingga, material

yang digunakan untuk tiap batang dibedakan,

untuk menghemat biaya dan meringankan beban

struktur kuda-kuda, tentunya tanpa melupakan

kestabilan struktur. Maka ditentukanlah profil-

profil berikut dalam struktur kuda-kuda tersebut.

Gambar 2.1 Keterangan Profil

Metode Elemen Hingga mengadakan

pendekatan terhadap harga-harga yang tidak

diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai

dengan pemodelan dari suatu benda dengan

membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang

secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang

sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi

dalam bagian yang kecil (diskritisasi).

SAP merupakan salah satu program yang

berbasis elemen hingga. Penyajian model adalah

dalam bentuk grafis yang terdiri dari berbagai

geometri seperti titik, garis, bidang, volume dan

pendefinisian atribut yang berupa material, beban,

tumpuan dan mesh.

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pengamatan Visual

Pemeriksaan Visual merupakan tahapan awal

dari sekian tahapan yang akan dilakukan dalam

pemeriksaan kondisi kelayakan hanggar.

Pemeriksaan Visual bertujuan untuk mengetahui

ukuran dan model pemasangan elemen portal di

lapangan.

Pengamatan visual terdiri dari pengamatan :

Model konstruksi hanggar

Letak pemasangan masing-masing profil

3.2 Pengukuran

Pengukuran dilakukan menggunakan alat

ukur panjang berupa meteran dengan ketelitian

0,1 cm dan micrometer skrup dengan ketelitian

0,01 cm.

3.3 Rancangan Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan dalam

penelitian ini adalah simulasi pengujian

laboratorium dengan pemodelan berbasis Finite

Element Method. Analisis portal profil baja ini

dilakukan dengan metode numerik menggunakan

Program Komputer SAP 2000 v14 yang

merupakan keluaran versi terbaru saat laporan ini

disusun.

3.3.1. Analisis Struktur

Struktur direncanakan untuk menahan beban

angin dan beban hidup saja, sesuai dengan

kondisi sebelum hanggar runtuh. Secara

keseluruhan, hanggar memiliki ukuran lebar

sekitar 90 meter dan tinggi total bangunan 22,29

meter.

Jenis

Baja

fu

(Mpa)

fy

(Mpa)

Regangan

Minimum (%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13

Faktor reduksi kekuatan diambil sesuai

dengan SNI 03-1729-2002 untuk baja dan SNI

03-2846-2002 untuk beton. Perencanaan

bangunan ini dianalisa dengan dua dimensi.

3.3.2. Pemodelan Struktur

Struktur hanggar dimodelkan berdasarkan

gambar As Built Drawing yang digunakan pada

saat pembangunan. Bidang hanggar yang

dimodelkan adalah struktur portal utama hanggar.

Gambar diperoleh dari Direktorat Jenderal

Perhubungan Udara. Gambar 2D bangunan yang

ditinjau dapat dilihat pada bangunan berikut ini :

Gambar 3.4 Tampak 3D Pemodelan Hangar di

Salah Satu Bentangnya

3.3.3. Pengkodean Model

Adapun variasi benda uji yang akan dimodelkan

adalah :

Tabel 3.2 Variasi Pemodelan Model

3.3.4. Model Finite Elemen

Tergantung pada aplikasinya, beberapa

metode finit elemen dapat digunakan untuk

kolom beton. Elemen dapat berupa kontinum

(pejal) atau elemen struktur (cangkang, balok).

Elemen-elemen tersebut pada umumnya dapat

digunakan pada jenis material lain. Dalam

penelitian ini kolom beton dimodel dalam 2-

dimensi sebagai thick beam linear isotropic, yaitu

material kolom beton dianggap mempunyai

properti yang sama ke semua arah (isotropis) dan

merupakan batang tebal. Serta dikarenakan

elemen kolom beton akan dianggap tidak

terpengaruh oleh pembebanan yang terjadi

sehingga tidak akan terjadi perubahan perilaku

dari isotropiknya (linear).

Metode finite elemen akan sangat

menguntungkan pada saat mendefinisikan profil

baja yang begitu banyak, dan memiliki ukuran

besar. Dalam hal ini masing-masing profil akan

didefinisikan sama seperti kolom balok yakni 2-

dimensi sebagai thick beam linear isotropi,

namun dengan geometri dan jenis profilnya

masing-masing.

3.3.5. Pembebanan Struktur

Pembebanan struktur Hanggar dihitung

berdasarkan ketentuan pada SNI-1727-2013

untuk perhitungan beban grafitasi. Untuk lebih

jelasnya uraian untuk tiap jenis beban diuraikan

sebagai berikut :

1. Pembebanan akibat grafitasi

2. Pembebanan angin

Merujuk pada kombinasi dasar untuk beban

nominal yang menggunakan desain tegangan izin

di pasal 2.4.1 SNI 1727-2013 maka akan

digunakan beberapa kombinasi pembebanan

yakni:

1. D

2. D + 0,6 W

3. 0,6 D + 0,6 W

4. D + L

Ket : D = Dead Load (Beban Mati)

W = Wind Load (Beban Angin) dihitung

dengan metode amplop SPBAU SNI

1727 – 2013 sebesar 29,36 N/m arah

horizontal dari kiri hanggar ke kanan

L = Life Load (Beban Hidup)

didistribusikan merata di bagian

rangka atas sebesar 100 kg/m. Beban

ini kemudian dikonversikan menjadi

beban terpusat pada join-join

terletaknya beban hidup. Dimana

beban terpusat pada semua joinnya

adalah 125,5233 kg kecuali pada

ujung-ujung batangnya, yaitu 62,7616

kg

3.3.6. Metode Pengambilan Data Lapangan

Gambar 3.2 Diagram Alir Prosedur Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Desain Struktur

Gambar 4.1 Tampak Depan Desain Struktur

Hanggar

Tabel 4.1 Pengukuran Langsung Profil Hanggar

di Lapangan

4.2 Pemodalan

Perilaku material yang dimodel dengan cara

nonlinear pada SAP terpisah dari pemodelan

elemennya dan dapat dimodel menggunakan

elemen bidang 2-D.

Pemodelan pada penelitian ini akan menguji

6 jenis rangka berbeda dengan masing-masing 4

jenis kombinasi pembebanan yang berbeda pula.

4.3 Output Analisis

Setelah menginput data beban, spesifikasi

elemen dan pemodelan struktur di SAP 2000,

data-data mengenai sikap struktur setelah

menerima beban bisa didapatkan setelah analisa

dijalankan. Data-data setelah analisa tersebut

berupa lendutan, beban axial, beban geser,

momen lentur dan tegangan pada elemen.

Beton (Concrete )Baja Ringan

(Mild Steel )

Young's Modulus 30000 MPa 209000 MPa

Poisson's ratio 0,2 0,3

Mass Density 2,4 ton/m3 7,8 ton/m3

Coefficient of thermal

expansion10x10-6 unit/oC 11x10-6 unit/oC

Thermal Conductivity - 82 unit/m2.s.C

Volumetric heat capacity -3604x103

unit/m3.C

Elastic

Thermal

Value

tidak terukur~

tsb

mm mm mm

Jenis Profil (menurut

perencanaan)h b tb tsa

Baja IWF 600x200x11x17

Baja IWF 400x200x8x13

Besi Siku Double L 150x150x15

Beton kolom 90x180

602

120

Hasil Pengukuran Profil

12,54 -

181,5

mm mm

25,75

13,86

12,25

-90 - -

~ 24,75

402 297,5 8,63 13,88

201

102

4.3.1 Lendutan

Gambar 4.2 Lendutan Model 1

Kombinasi Beban 1

Tabel 4.2 Lendutan Maksimum dan Minimum

dari Tiap Model

Grafik 4.1 Perbandingan Lendutan Maksimum

4.3.2 Gaya-Gaya Batang

a. Gaya Aksial (Axial Force)

Gambar 4.3 Diagram Fill Gaya Aksial Model 1

Kombinasi 1

Tabel 4.3 Rekapitulasi Gaya Aksial dari Setiap

Model

Grafik 4.2 Perbandingan Gaya Aksial Di Batang

Skur

Grafik 4.3 Perbandingan Gaya Aksial Di Batang

Memanjang Bawah

Node 8, Perpindahan sebesar

80.06197 mm

Grafik 4.4 Perbandingan Gaya Aksial Di Batang

Memanjang Atas

b. Gaya Geser (Shear Force)

Gambar 4.4 Diagram Fill Gaya Geser Model 5

Kombinasi 1

Tabel 4.4 Rekapitulasi Gaya Geser dari Setiap

Model

c. Momen Lentur (Bending Moment)

Gambar 4.5 Diagram Fill Momen Lentur Model 5

Kombinasi 1

Tabel 4.5 Rekapitulasi Momen Lentur dari Setiap

Model

4.3.3 Tegangan

Permodelan dengan SAP dapat

menunjukkan gaya axial (P) yang nantinya

dikalikan dengan faktor tekuk untuk mendapatkan

tegangan batang. Seperti yang ditunjukkan

PPBBI, batang tertekan akan memenuhi syarat

stabilitasnya bila memenuhi :

Dimana :

= Tegangan yang terjadi

P = Gaya aksial (Tekan) yang bekerja

= Luas penampang total batang

yang ditinjau

= Tegangan leleh mutu baja

ω = Faktor tekuk

Untuk nilai faktor tekuk, menurut SNI 03-

1729-2002 diperlukan langkah sebagai berikut :

( )√

Dimana :

ω = Faktor tekuk

= Koefisien angka kelangsingan

= Angka kelangsingan (berpatokan

pada SNI 03-1729-2002 pasal

9.1-1)

= Tegangan leleh mutu baja

E = Modulus elastisitas baja = 210000

MPa

Dengan mengikuti rumus diatas,

menggunakan data beban aksial dan dimensi

penampang baja yang sudah ada, rekapitulasi

tegangan bisa didapat seperti yang disediakan

pada Tabel 4.6

Tabel 4.6 Rekapitulasi Tegangan Maksimum

dan Minimum untuk Setiap Model

Hanggar

Tabel 4.7 Rekapitulasi Perbandingan di Batang

yang Menerima Tegangan Maksimum

dan Minimum

PENUTUP

I.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pemodelan menggunakan

SAP 2000 pada setiap model yang telah

ditentukan, bisa ditarik beberapa kesimpulan

yang unik untuk setiap modelnya. Kesimpulan-

kesimpulan tersebut adalah :

1. Lendutan tertinggi terjadi pada Model 4, lalu

tidak jauh dibawahnya adalah Model 6.

Kedua model ini tidak menggunakan skur.

Model 3 juga tidak menggunakannya, tetapi

nilai displacement pada Node 7 dan Node 8

berkurang drastis karena tumpuan sendi pada

ujung-ujung rangka baja. Bisa disimpulkan

bahwa kestabilan ujung-ujung rangka baja

adalah faktor penting besar kecilnya

displacement rangka baja, seperti pada

model-model yang menggunakan batang

skur.

2. Beban aksial pada rangka direduksi lebih dari

50% oleh batang skur. Kesimpulan ini

berdasarkan perbandingan beban aksial

antara Model 2 dan Model 4 serta

perbandingan beban aksial antara Model 5

dan Model 6. Sedangkan Model 1 dan Model

3 termasuk model dengan beban aksial

terendah, karena kestabilan yang diberikan

tumpuan-tumpuan model tersebut.

3. Terbebaninya kolom pada setiap model bila

ditinjau dari beban geser dan momen lentur

memiliki kesamaan. Terkecuali Model 1 dan

Model 3, seluruh model dengan batang skur

memberikan beban geser dan momen lentur

yang besar pada kolom beton, sedangkan

yang tidak memiliki skur mengandalkan

tumpuan bawah struktur untuk mengatasi

beban geser dan momen lenturnya. Terlihat

keanehan nilai beban geser dan momen

lentur pada Model 4, karena struktur

menggunakan tumpuan sendi yang

membuatnya menjadi labil.

4. Tegangan tertinggi terjadi pada Model 5,

tepatnya pada batang skur. Ini disebabkan

perannya sebagai batang yang meneruskan

beban rangka ke kolom beton. Bila melihat

tegangan yang terjadi pada Batang 5, 6, 7 dan

8, bisa disimpulkan peran krusial batang skur

dalam mengurangi tegangan pada struktur.

5. Jika kita perhatikan tegangan yang terjadi

pada struktur, maka seharusnya material

dapat menahan tegangan yang terjadi.

Kecuali pada batang skur di Model 2 dan

Model 5 yang menggunakan Kombinasi

Pembebanan 4.

6. Model 5 adalah struktur yang dmodelkan

mengikuti struktur rangka baja pada Hanggar

Bandara Sultan Hasanuddin. Setelah

memperhatikan hasil analisa pada Bab IV

dan kondisi lapangan, bisa disimpulkan

bahwa penyebab robohnya hanggar

dikarenakan baut yang menyambungkan skur

dan rangka baja belum terpasang.

I.2. Saran

Saran-saran yang dapat diambil dari

pengujian, pembahasan dan kesimpulan adalah:

1. Agar peneliti selanjutnya apabila

menggunakan menggunakan software

analisis struktur berbasis metode elemen

hingga, untuk menguasai metode elemen

hingga dan bahasa yang digunakan aplikasi

tersebut terlebih dahulu

2. Agar peneliti selanjutnya hendaknya

mempunyai wawasan yang diperlukan untuk

menilai benar tidaknya diagram fill pada

diagram momen, lintang dan geser.

3. Agar peninjauan pada pondasi hangar

dilakukan agar mendapatkan kesimpulan

penyebab rubuh yang lebih akurat.

4. Agar diteliti lebih lanjut tinjauan struktur

sebagai kesatuan monolit, karena bentang-

bentang rangka saling berhubungan.

5. Agar penelitian selanjutnya perlu diberikan

kesempatan melakukan tinjauan lapangan

lebih hati-hati dan mendetail untuk

mendapatkan data lapangan yang lebih

akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Ariestadi, Dian. 2008.Teknik Struktur Bangunan

Jilid 2 untuk SMK. Jakarta: Pusat

Perbukuan Departemen Pendidikan

Nasional, h. 204 – 210.

Badan Standarisasi Nasional. 2013. Beban

Minimum untuk Perancangan Bangunan

Gedung dan Struktur Lain (SNI

1727:2013). Jakarta

Badan Standarisasi Nasional. 2015. Spesifikasi

untuk Bangunan Gedung Baja Struktural

(SNI 1729:2015). Jakarta

Chu-Kia Wang. Struktur Statis Tak Tentu. Jakarta:

Penerbit Erlangga

Prayogo, Jodie. 2015. Pemodelan Konstruksi Portal

Rangka Baja Berbasis Finite Element

Method (FEM). Makassar.

Suban. 2012. Analisis Kekuatan Balok Pada

Gedung Makassar Mall Pasca Kebakaran.

Makassar.

Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Baja

dengan Metode LRFD (Sesuai SNI 03-729-

2002). Jakarta: Penerbit Erlangga

Sunggono Kh. 1995. Buku Teknik Sipil. Bandung:

Penerbit Nova